Гидрод-ка одно- и двухфазных потоков трубопроводах и апп-ах. Расчет гидравлич. Сопротивл. Трубопроводов.

ГИДРОД-КА ОДНО- И ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ ТРУБОПРОВОДАХ И АПП-АХ. РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧ. СОПРОТИВЛ. ТРУБОПРОВОДОВ.

Существует 2 режима движения:

1. Ламинарный -движение, при кот. все частицы ж-ти движутся струйками по параллельным траекториям.

2. Турбулентный -неупорядоченное движение, при кот. отдельные частицы ж-ти движутся по запутанным, хаотическим траекториям, а вся масса жидкости движется в одном направлении.

Критерий Рейнольдса – мера соотн-ия м/у силами вязкости и инерции в движущемся потоке. Описывает переход от ламинарного режима к турбулентному.

, где

W_ср- средняя скорость ж-ти, опред-ся по ур-ию расхода

, П- полный смоченный периметр, S- площадь поперечного сечения потока

Re <2320-ламинар. режим,2320 < Re < 10000- переходный режим, Re >10000-турбулен. режим

Распределение скорости жидкости по сечения трубы:

При ламинарном , имеет параболическую форму.  у стенки =0

При турбулентном ,

различают пристенный слой(расположен у стенки) и ядро потока(турбулентное перемешивание)

Гидрав. сопротивление в трубопроводе:

-потерянный напор, характеризует энергию затраченную на преодоление гидравл. сопротивления при движении реальной ж-ти, возникает при реальной ж-ти и обусловлено сопротивлением трения и местным сопротив.

- потери напора на местное сопротивление

-потери напора на трение

Т.о.

Гидродинамика 2-х фазных потоков

2-х фазный поток хар-ся наличием границы раздела м/у движущ-ся фазами. При этом одна фаза наз-ся сплошной, а другая, распределенная внутри 1-ой фазы назыв-ся дисперсной.

2 варианта:

1) сплошная фаза (Г/Ж), дисперсная –ТВ

2)Система газ-жидкость или Ж-Ж несмешивающиеся.

Р! Движение фаз может быть прямоточным или противоточным.

1) Осаждение -это противоток в системе ж-ть – тв. Очень важен режим движения ж-ти. Возникает сопротивление среды при движении.

Сопр-ние среды= сопротивления сил трения + сопротивления сил инерции.

При малых скоростях и малых размерах частиц (малых Re) в ламинарном режиме преобладают силы трения. При этом шарик раздвигает среду, вихрей нет.

При большихскоростях - за шариком возникают вихри, преобладают силы инерции.

Сущ-ет обобщенный з-н сопротивления среды

R -сила сопр-ния, φ -коэф-нт сопр-ния среды, ρ -плот-ть среды, w -скорость шарика.,

s -площадь поперечного сечения шарика перпендикулярно направлению движения потока

Система газ-вода

Барботаж-пробулькивание-пропускание газа ч/з ж-ть с целью проведения какого-либо процесса (пр. абсорбция).

1)Пропускание газа ч/з одиночное отверстие

в момент отрыва пузырька подъемная сила преобладает. Пузырек преодолевает силу поверхностного натяжения. Для пузырька подъемная, архимедова сила равна силе поверхностного натяжения ;   d-диаметр пузырька d₀-диаметр отверстия. Отсюда видно что диаметр пузырька от расхода газа не зависит, от расхода зваисит только количество пузырьков. Скорость всплывания пузырька 0,2-0,5 м/с. В пром-сти исполь-ют не одиночный, а массовый барботаж.

2) массовый

Сущест. множество отверстий. пузырьки взаимодействуют друг с другом, образов.пену.

Гидродинамика барботажной тарелки Существуют различные режимы массового барботажа и соответственно различные структуры барботажного слоя.

1) Барботаж при небольших скоростях газа. Здесь различают три зоны:

§ Зона светлой ж-ти(ч/з жид-ть видно прохождение газа)

§ Зона пены (ж-ть сбивается в пену, пена малоподвижна)

§ Зона брызг.

В слое светлой жид-и происходит пробулькивание пузырьков. Наверху сущ-ет слой пены, кот. сущ-ет за счет того что энергия газа превращает ж-ть в пену постепенно разруш.

2) Пенный режим.

§ Слой светлой жи-ти исчезает,

§ вся жи-ть превращается в пену, пена явл-ся подвижной (циркулирует). Поверхность контакта возрастает.

§ Слой брызг увел-ется Wг=0,5-1,5 м/с

3) Инжекционный (струйный)

§ 1 зоны нет

§ При больших скоростях газа пена начинает разрушаться, возникают отдельные струи

§  слой брызг заметно возрастает, возрастает унос ж-ти с тарелкипоэтому придется ставить сепаратор

Гидродинамика барботажной тарелки:.∆P=∆P1+∆P2+∆P3

 -сопротивление сухой тарелки,

-коэффициент сопротивления тарелки, зависит от конструкции, Wотв-скорость в отверстии.

-сопротивление газожидкостного слоя трудно определяется ∆P и высота слоя светлой жид-ти.

Методы расчета ∆P2 сущ-ют в спец. лит-ре

-сопротивление сил поверхностного натяжения. d₀-диаметр отверстия

Компрессоры.

Компрессорные машины- машины для перемещения и сжатия газов.

Компрессорные машины классиф.:

 I.по степени сжатия (отношению конечного давления к начальному).

1).Вентиляторы P ₂ / P ₁ < 1,1 – используют для перемещ. большого кол-ва газов при малом Р.

2).Газодувки   P ₂ / P ₁ = 1,1 – 3 – перемещают газы при более высоком сопротивлении в сети.

3).Компрессоры P ₂ / P ₁ > 3 – предназначены для создания высоких Р. Наиболее распространены центроб.компрессоры, так же исп-ют осевые, ротационные, инжекторы, эжекторы.

4).вакуум-насосы - откачивание газа для создания низки Р

II. по принципу действия:

1. поршневые

2. центробежные

3. ротационные

4. осевые

5. струйные

Поршневые компрессоры.

Сжатие газов производится различными способами:

1. изотермический- выделяющееся при сжатии газа тепло отводится путем охлаж.самого цилиндра;

2. адиабатический- все выделяющееся тепло остается внутри системы и Т газа увел-тся;

3. политропический- реальный процесс. Часть энергии остается внутри газа, а части энергии рассеивается в окруж. среду.

Классификация:

1. по числу ступеней сжатия:

-одноступенчатые;

-многоступенчатые.

2. по числу всасываний и нагнетаний:

-простого действия;

-двойного действия.

3. по расположению;

-вертикальные;

-горизонтальные.

Одноступенчатые – сжатие производится до конечного Р в одном цилиндре или в нескольких цилиндрах работающих параллельно.

1 – цилиндр, 2 – поршень, 3 – клапан, 4 – шатун,

5 – кривошип, 6 – подшипник, 7 – маховик, 8 – электродвигатель.

Маховик служит для преодоления инерции в крайних точках.

Вертикальный одноступенчатый двухцилиндровый компрессор простого действия цилиндры работают параллельно. Все одноступенчатые

компрессоры снабжены ресивером для сглаживания колебания- емкость через кот.газ подается в сеть.

Многоступенчаты. Примен-я для создания высокого Р, Особенность:

1. характеризуются последовательным прохождением цилиндров с обязательным промежуточным охлажд. газа между ними.

2. объем газов при сжатии умень-ся, следовательно объем цилиндров умень-ся.

Однорядный двухступенчатый компрессор двойного действия:

Центробежные машины.

1).Вентиляторы делятся на:

низкого давления - < 100 мм.вод.ст.

среднего давления – 100 -300 мм.вод.ст.

высокого давления – 300 – 1000 мм.вод.ст.

В вентиляторах в спиралеобразном корпусе вращается барабан с большим кол-вом лопаток. Хара-ки аналогично центробежным насосам.

2).Турбогазодувки. Имеется рабочее колесо с лопатками. Особенностью яв-ся наличие внутри корпуса специального направляющего аппарата,кот. дополнительно закручивает газ и увел-ет степень сжатия.

3),Турбокомпрессоры аналогичны по конструкции турбогазодувкам только они все многоступенчатые (P» 30 атм)
3 СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ПЫЛИ. КОН-ИИ ГАЗООЧИСТНЫХ АПП-В.

Гравитац. очистка газов - тв. частицы в газах удаляются под действием сил тяжести.

т.к ρ_г<ρ_ж, μ_г<μ_ж, следовательно W_{ос г}>W_{ос ж}. Этот процесс широко не используется, т.к W_ж=1-3 м/с, W_г=4-15 м/с, следовательно время пребывания газа в трубопроводах очень мало, т.е частички как правило не успевают осесть. Путь осаждения должен быть как можно меньше.                              В виду малого расстояния м/у полками, частички газа успевают осесть. Скорость газа должна быть маленькая, чтобы частички успели осесть, и не было вторичного уноса. По газу процесс- непрерывный, по тв. Вещ-ву -периодический.

Инерционная очистка- происходит за счет изменения скорости газа по величине и направлению.

1). Отстойный газоход- очистка не велика.

2). Жалюзийный пылеуловитель

«+»- простота          -компактность

«-» - не высокая степень очистки

- высокое гидравлич.е сопротивление.

Очистка газов под действием центроб.сил

Циклон гораздо эффективнее гравитационных и инерционных пылеуловителей, следовательно

 

Запыленный газ подаётся тангенциально.

Циклон – один из самых распространенных аппаратов пылеочистки.

«+»-простота конструкции,

-достаточно высокая степень очистки,

- возможность работы с агрессивными газами при высоких Т.

«-» -не высокая степень улавливания мелких частиц;

-чувствительность к колебаниям нагрузки по газу;

-истирание стенок циклона частичками пыли.

Конст-ий много, но принцип действия одинаков. Верхний предел Т газа опред-я термостойкостью материала. Нижний предел опред. точкой росы. По достижению точки росы пыль увлажняется и налипает.С ростом d циклона, центроб. сила умень-ся, поэтому, для очень больших кол-в газа прим. групповые циклоны и батарейные циклоны.

Групповые – группа параллельно работающих циклонов (2, 4, 8). Циклоны и трубы должны быть совершенно одинаковы, газ идет по пути наименьшего сопротивления.

Батарейные циклоны. В батарейных циклонах не тангенциальный, а осевой вход газа, поэтому в каждый маленький циклон вставляется закручивающее устройство, кот. закручивает газ и создает центробежную силу. Достаточно эффективны при очистке больших кол-тв газа, однако, более сложны по кон-ции, чем групповые циклоны.

Электрическая очистка газов

Осаждение тв. или ж-х частиц под действием электростатических сил.При повыш.напряжения проскакивает искра (происходит ударная ионизация). Создание неоднородного электромагнитного поля, в кот. не будет ударной ионизации. При повыш. напряжения до 40-60 кВ, ионизация происходит только у отрицат. заряженных частей, возникает коронный разряд. Частицы, попадая под 40 кВ, будут заряжаться, при чем основная масса частиц будет заряжаться отрицат., и двигаться к положит. заряженным частям, и там разряжаться.

(+) – осадительный электрод.

(-) – коронирующий электрод.

Некоторая часть частиц заряжается положит. и осаждается на отрицател. электроде, поэтому коронирующий электрод иногда встряхивают для очистки.Газ очищают на постоянном токе при напряжении 40-60 кВ, работают в неоднородном электрическом поле. Очень высокая эффективность (КПД=90-99%). Осаждаются очень мелкие частицы.

«-»-не может работать при больших концентрациях пыли (аппарат тонкой очистки),

-работают при ламинарном потоке (при больших скоростях газа большой вторичный унос),  

-большое энергопотребление,

-дорогая эксплуатация.

«+»- очень высокая степень очистки

-улавливание мелкой пыли и тумана

-очень маленькое гидравлич.сопротивление.     

По устройству бывают трубчатые и пластинчатые электрофильтры.

Трубчатый электрофильтр.           Пластинчатый электрофильтр (вид сверху).

                      

Трубчатые более эффективны, чем пластинчатые.

Электрофильтры делятся на сухие и мокрые.

Мокрая очистка газов- промывка газов водой с целью извлечения твердых частиц.

Особенность: охлажд. и увлажнение газа при контакте с водой.

«+»- очистка очень эффективна,

-аппаратурное оформление отработанное.

«-»- образование шламовых вод.

Рассмотрим аппа-ру для мокрой очистки газов. Вся аппа-ра предназн. для создания наибол. поверхности контакта фаз между газом и ж-тью.

Апп-ты для очистки газов назыв- скрубберами.

1). Насадочный скруббер. Насадка нужна для увел-ия поверхности контакта фаз. Главное требование – равном-е орошение всей насадки.

«-»насадка и решетка могут залипать.

 

«+» -малое сопротивление

  - эффективная очистка

  -меньший пелеунос

 

2). Пленочный скруббер.

Повер-ть контакта- поверхность пленки. Вода течет пленкой с двух сторон.Должен быть высоким, с малым расстоянием м/у пластинками, кот. орошаются водой, при чем ж-ть стекает пленкой с двух сторон

«-»-создать равномерное течение пленки.

«+»-мизерное гидравлическое сопротивление

-высокая степень очистки.

3). Полый скруббер.

 

Форсунки расположены по уровням, число уровней велико.

«+»-простота конструкции,

-малое гидравлическое сопротивление.

«-»-необходимость очень мелкого распыления, 

-большой брызгоунос,

-большие размеры.

Большие габариты вызваны необходимостью поддерживать малую скорость газа из-за предотвращения брызгоуноса.

4).Центробежный скруббер -циклон с орошаемыми стенками.

 Вверху устанавливают промыватель кот.по стенкам   

 распределяет воду, т.е происх. смывание пыли.

«+»-высокая эффективность

-малое гидравлическое сопротивление.

«-»-трудность равномерного орошения стенок.

5).Скруббер Вентури.

I. Конфузор

II. Горловина

III. Диффузор

Скруббер проектируется так, чтобы скорость газа в горловине составляла примерно 100 м/с. Если мы при такой скорости газа подадим ж-ть в горловину, она распылится на мельчайшие капли, частицы пыли захватыв., и происходит переочистка. В диффузоре скорость газа снижается, капли сливаются в виде ж-ти. В горловине ж-ть подсасывается сама.

«+»-эффективный, -компактный аппарат,

 -простой по устройству, -широко использ.

«-»-высокое гидравлическое сопротивление,

- большой брызгоунос.

6) Аппарат с подвижной насадкой

ρ_нас>ρ_вода→ полиэтилен, капрон.

 Когда подается вода происходит переход насадки в подвижное состояние.При подаче ж-ти, из-за наличия Архимедовой силы, происходит всплывание шариков. Образ. трехфазный псевдосжиженный слой (Г-Ж-Т). Создается очень большая поверхность контакта фаз. Происходит хорошая пылеочистка.

«+»-большая поверхность контакта фаз,

-не очень большое гидравлич. сопротивление,  

- маленькие размеры (скорость газа высокая),

-не залипается решетка.

«-» -пластмасса плавится, -трудность эксплуатации, -узкий диапазон работы.

Очистка газов фильтрованием

 Используют различные виды фильтровальных перегородок.

1,С гибкими пористыми перегородками

2,С полужесткими пористыми перегородками

3,С жесткими пористыми перегородками

4,С зернистыми слоями.

1).рукавный фильтр -пылесос.

материал рукавов- ткань, кот. пропускает газ, но не пропускает тв.Газ идет проходит через рукав, пыль оседает внутри, через некот-е время рукав начинают трясти, т.е происходит выгрузка осадка. Т-ый интервал- верхний предел определ. материалом ткани, а нижний—Т точки росы. Если ниже Т точки росы, то происх.конденсация.

«+» -высокая степень очистки (99%),

-работают с радиоактивными выбросами,

   биологическими оружиями, 

 -низкая стоимость, -низкое энергопотреб.

«-» -не выдерживают высокую Т,   

  - быстрый износ ткани,

  -не пригоден для очистки влажных газов.

3). Поролитовые фильтры -фильтры с жесткой пористой перегородкой.

Трубы из керамики. Пыль оседает снаружи и забивает поры, т.е газ подвергается очень тщательной очистки. Газ прходит через керамику под Р. Очистка керамики проводится обратной продувкой сжатым воздухом.

«+» - высокая степень очистки от мельчайших частиц пыли

«-» -большое гидравлическое сопротивление.

4). С зернистым слоем. Этот случай примен. редко. Обычно слой состоит из гравия, кокса через кот. продувают запыленный газ.
4АПП-ОЕ ОФ-ИЕ ПРОЦЕССОВ ФИЛЬТ-ИЯ И ЦЕНТРИФУГ-ИЯ СУСПЕНЗИЙ И ЭМУЛЬСИЙ.

Фильтрование - процесс разделения суспензий с использ-ем пористых перегородок, кот. задерживают тв. фазу и пропуск. её ж-ую фазу.

Классификация процессов:

По движущей силе

-под действием гидростатического напора

-создание Р над перегородкой - фильтр-пресс под перегородкой – вакуум-фильтр

-разность Р создается за счет центробежных сил (фильтрующая центрифуга)

2. по механизму процесса

-с образованием осадка (осадок явл-ся фильтрующей средой и фильтрат)

-с закупориванием пор (тв. ч-цы проникают в поры перегородки и задерживаются там, не образуя осадка)

3. по принципу действия:

-непрерывный выход осадка

-периодический

По природе осадка

-сжимаемые (поразность уменьшается, т.к. уплотняется) - аморфные – пасты, гидроокиси

-несжимаемые (поразность не изменяется) – кристаллич. осадки- мел, сода, удобрения

По направлению потока

-в сторону

-сверху вниз

-снизу вверх

Фильтрующие перегородки- важнейшая часть фильтра:

Требования:

-достаточная пористость

-химич. устойчивость

-механ. прочность

-термическая стойкость

-невысокая стоимость

Классифик. фильтрующих перегородок:

1. по материалам (металлические, керамические, тканевые)

По структуре

-не гибкие: жесткие - керамика, металлокерамика виде труб, плит

                не жесткие - кусковые, состоящие из отдельных слоев

-гибкие: металлич.- металл. ткань, металл. сетка с определенной пористостью

                 «+» высокая механическая прочность, хим-ая и термическая устойчивость

                не металл:

Конструкции фильтра:

1,фильтр-пресс и вакуум-фильтр

2,непрерывный выход осадка и периодический

-  непрерывный ф. работают с образованием осадка и его непрерывный выгрузкой. В этих фильтрах примен. Постоян. разность Р, в крупнотоннажных произ-вах.

-  периодический раб-т с образованием осадка и с закупориванием пор. Примен. в прои-ах малой мощности при большом ассортименте продукции, для труднофильтруемых суспензий.

Жидкостные сепараторы.

Явл. отстойной сверх-Ц. непрерыв. действия с вертикал. ротором. Предназ-н для разделения эмульсий и осветления ж-тей. Имеют маленький диам.-150-300мм, а скорость вращения 5000-10000 об/мин., что позволяет получить высокий фактор разделения(~15000). В ж.сепараторе обрабатываемая смесь в зоне отстаивания разделена на несколько слоев. Эмульсия подается по центр. трубе в нижнюю часть ротора, откуда ч/з отверстия в тарелках распред-ся тонким слоем м/у ними. Более тяжела ж-ть перемещ-я вдоль пов-ти тарелок (на тарелках есть выступы, кот-ые одновременно фиксируют расстояние м/у ними) и отбрасывается центробеж.силой к периферии ротора и отводится ч/з отверстие-3. Более легкая ж-ть перемещ-я к центру ротора и удал-ся ч/з колцевой канал.

5. Трубчатые сверх-Ц. применяют, если осадок должен содержать миним. кол-во ж.ф.,для разделения эмульсий

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Тепловые процессы -процессы скорость кот. Опред. законами теплопередачи- наука о способах распространения тепла, а движущей силой яв-ся разность Т

t K- коэффициент теплопередачи, Вт/м²*град

    R- термическое сопротивление   

-количество тепла, кДж

t – разность Т (горячего и холодного теплонос.), град

 - расход тепла в ед. времени, кДж/ч

 - поверхность теплообмена, м²

В интегральном виде (для всего теплообменника):

 - средняя разность Т для ТО.

Теплопередача- перенос тепла от горячего теплоносителя к холодному ч/з разделяющую их стенку.

Теплоотдача – перенос тепла от ядра потока к стенке или, наоборот, в пределах одной фазы

СПОСОБЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТЕПЛА

Для того, чтоб определить К и Δt_ср надо знать механизм распространения тепла.

Существует три способа распределения тепла:

 1. теплопроводность - перенос тепла, за счет беспорядочного теплового движения микрочастиц непосредственно соприкасающихся друг с другом. Теплопроводность- наблюдается в тве. телах и неподвижных слоях ж-ти. Тепловая энергия передается за счет колебательного движения микрочастиц.

2. конвекция -перенос тепла, вследствие движения и перемешивания макроскопических объектов газа или ж-ти. Существует при наличие разности Т. Естественная возникает при переносе тепла, за счет разности плотностей газа или ж-ти, кот. возникает в результате разности Т. Вынужденна я обусловлена принудительным движением объемов газа или ж-ти, подаваемых насосом или компрессором.

3. тепловое излучение -перенос тепла, за счет электромагнитных волн. Складывается из процессов лучепоглощения и лучеиспускания. Волны в диапазоне ИК при t>600⁰C.

-Перенос тепла теплопроводностью подчиняется закону Фурье

 

Расход тепла переданное теплопроводностью в единицу времени пропорционально градиенту Т и площади сечения перпендикулярного направленно теплового потока, т.к Т убывает в направлении передачи тепла.

d Q –расход тепла, dt/dn-градиент Т(градиент-изменение параметра на ед. длинны), d F-площадь сечения, Т в направлении теплопроводности убывает значит “-”, λ – коэффициент теплопроводности.

[λ]=Вт/м*град- физическая величина, кот. зависит от природы и агрегатного состояния в-ва, но не зависит от движения жи-и.

Теплоизоляторы имеют пористую структуру, в порах содержится воздух, у кот. ↓ λ.

-Тепловое излучение - электромагнитное волновое излучение в ИК диапазоне с длиной волны 0,8-40микрон. Широко исполь-ся в технике, кот. сопровождаются горением.

В технике рассматривают процессы лучепоглащения и лучеиспускания.

Процесс лучепоглащения

Q- тепловой поток, Вт/м²                          

Qr- энергия отраженная телом

Qa- энергия поглощенная телом              

Qd- прошедшая через тело энергия

Q=Qa+Qr+Qd                                                    A+R +D=1;

 A-поглощаемая способность тела,

 R- отражаемая способность,

D- пропускная способность.

Р! три случая.

1) А=1 R=D=0 – вся энергия поглощается→абсолютно черное тело

2) R=1 А=D=0 – абсолютно белое тело

3) D=1 R=A=0 – абсолютно прозрачное тело (диатермическое)

Практически все тела яв-ся серыми, т.е обладают промежуточными св-ми. Большинство тел явл-ся не теплопрозрачными (D=0→ A+R =1)

Процесс лучеиспускания - тело, нагретое от Т выше 600⁰ начинает испускать тепловые лучи.

Излучение характеризуется законом Стефана-Больцмана – характеризует энергию абсолютно черного тела: лучеиспускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна 4-ой степени Т его поверхности.

Е₀=к₀*Т⁴. к₀- коэффициент пропорциональности Стефана-Больцмана=5,67*10^-8 Вт/м²*К⁴

Для серых тел: Е₀=ε*к₀*Т⁴ . ε- коэффициент степени черноты- зависит от природы материала, скорости, состояния поверхности. ε _{абс чер. тел}=1. вообще ε<1.

Лучеиспускание газов - одно и двухатомные газы прозрачны для тепловых лучей, не испускают тепло.

Многоатомные газы поглощают тепловую энергию и имеют две особенности:

1) поглощают элементы избирательно (в определенном диапазоне спектра)

2) газы поглощают тепло всем объемом.Степень поглощения зависит от толщины.

-Конвективный теплообмен - перенос тепла от ядра потока к стенке или, наоборот, в пределах одной фазы, т.е теплоотдача.

Теплоотдача = конвекция + теплопроводностью.

В пограничном слое движение ламинарное, тепло переносится теплопроводностью. В ядре потока- турбулентное, тепло переносится конвекцией.

Теплоотдача описывается законом Ньютона.

dQ= α dF (t_ж-t_ст).               α-коэффициент. теплоотдачи [α]=Вт/м²*град

α- кинетическая константа, зависит от режима движения потока, в справочнике α нет, ее рассчитывают. Из урав-я Ньютона α найти невозможно ее рассч-т с исполь-ием теории подобия. Для каждого случая теплоотдачи будет свое критериальное урав-ие.

Процессы нагревания

Косвенные

-водяным паром

в технике самый распространенный теплоноситель- насыщенный водяной пар – пар, кот. имеет Т равной Т его конденсации при данном Р.

1 атм. = 100⁰С – насыщенный пар

При конденсации пара происходит выделение тепла.

- расход пара

- теплота конденсации, теплота парообразования, испаряем 1кг H₂O→2200кДж/кг.

-кол-во тепла, кот. отдает перегретый пар охлаждаясь от  до

- кол-во тепла, кот. отдает перегретый пар при переходе в ж-ое состояние.

 кол-во тепла, кот. отдает конденсат при его охлаж.

 Из всех этих ,  наибольшее, т.к больше всего тепла выделяется при конденсации насыщенного пара.

«+» нагреванием водяным паром

-большая теплота конденсации→маленький расход пара.

-высокая интенсивность теплообмена

-постоянная Т конденсации (удобно для регулирования процесса)

-хорошие эксплуатационные кач-ва.

«-» нагреванием водяным паром

-быстрый рост Р с ростом Т (5 атм. = 151⁰С, 40 атм. = 250⁰С), поэтому водяной пар ис-ют при t= 180-190⁰С при соответствующем Р в 10-20атм.

Исполь. два вида нагрева.

1,нагрев глухим паром ч/з стенку.

2,нагрев острым паром путем смешения

Нагрев глухим паром ч/з стенку→паровая линия.

Конденсат явл-ся чистым, его исполь-т вновь для подачи в котлы с получением пара.

Нагрев острым паром путем смешения.

Пар проходит, барботирует в ж-ть и нагревает ее, ж-ти становиться больше, выходит горячая вода. Его исп-ют если жи-ть и пар можно смешивать.

· горячей водой

Произв-ся при 1атм. и Т не выше 100⁰С. При необходимости для более высокой Т испол-ся перегретая вода (3 атм.=120⁰С- перегретая вода)

Вода имеет ряд достоинств:

-↑ теплоемкостью

-малый расход

-↑ коэффициент теплоотдачи (α)

-хорошие эксплуатац. Св-ва.

-возможность утилизации тепла (испол-е горячего конденсата)

Недостатки

-невысокие Т нагрева

-отложение солей (накипь) до t= 60⁰С накипь практически не выделяется.

· минеральными маслами

масла, кот. Получ-т на нефтезаводе, нагрев.маслами можно проводить до t= 200-250⁰С.

«+»-масла дешевые теплоносители

-↑ Т теплоносителя

«-» -горючесть, взрывоопасность

-термическое разложение

-загрязнение поверхности со стороны масла смолами →прогорит труба

 Исп-ют два вида нагрева.

1.нагрев с естественной циркуляцией

2.нагрев с принудительной циркуляцией

· высокотемпературными органическими теплоносителями.

 Это орган-ие в-ва и их смеси (глицерин, этиленгликоль, дифилин)

Органич. теплоносители нагревают примерно до тех же Т, что и минеральные масла t= 200-250⁰С. Они меньше разлагаются.

Способы нагрева такие же, что у масел.

· расплавами солей

соль плавиться при t= 700-800⁰С. Исп-ют соли с Т выше их t_плав

Нитрит-нитратная смесь до 500-550⁰С (40%-NaNO₂, 7%-NaNO₃, 53% KNO₃), исп-ется смесь как охлаждающая, так и нагревающая.

«+»-высокая Т нагрева

-удобство использования

«-»-сильнейшие окислительные св-ва

-горючи, взрывоопасны.

-высокая коррозионная активность.

-высокая стоимость

Прямые

· топочными газами

топочный газ - продукт сгорания топлива (тв., ж-ого или газооб.)

Сжигание происходит в топке или печи.

1.родиантная камера печи – нагрев происх. за счет конверсии и теплового излуч-я (высокая Т)

2.перевая (стенка)

3.конвективная камера – в ней проходит часть нефти, часть воздуха, кот. Испол-ся для сжигания газа (Т ниже).

4.труба

«+» -возможность нагрева до высоких Т

-низкое Р со стороны топочного газа

«-» -малая теплоемкость → высокий расход газа

-↓ коэффициент теплоотдачи (α)

-неравномерность нагрева

· электрическим током.

Нагрев электрическим током осущ-ся тремя способами.

1.нагрев электросопротивлением - нагрев за счет выделения тепла при прохождении тока ч/з специальные нагревательные элементы (ленты, спирали)

2.индукционный нагрев состоит в том, что нагрев происходит за счет сердечника соленоидной катушки- нагрев токами Фуко.

3.высокочистотный нагрев- печи СВЧ, за счет наведения токов внутри определенного объема.

«+»-широкий диапазон Т

-возможность нагрева до ↑ Т, только газами и электропечами.

-возможность автоматического регулирования

«-»-сложность аппаратурного оформления

-высокая стоимость нагрева

Процесс охлаждения

Охлаждающие агенты

· вода

«+»-низкая Т охлаждения

-высокая теплоемкость →малый расход

-↑ коэффициент теплоотдачи (α)

-хорошие эксплуатационные качества

«-»-дефицит

Часто исполь-ся водооборотные циклы в промыш-ти.

Градирня- вода разбрызгивается, охлаж-ся как продувкой воздухом, так и при ее испарении. Нагрев-я вода после ТО на небольшую разность Т, поэтому исп-ся большое кол-во воды. Нельзя нагревать воду выше 60⁰С, т.к образ. накипь. 

· воздух

охлаждающий агент очень распространен

«+»-неисчерпаем

-хорошие эксплуатационные качества

«-»-зависимость от времени года

-низкая теплоемкость →большой расход

-↓ коэффициент теплоотдачи (α)

Сейчас аппараты воздушного отопления все шире испол-ся

Особенности этих аппаратов:

-использование ребристых труб

-принудительная циркуляция.

Конденсация

Конденсация - перевод пара в ж-ое состояние, путем его охлаж-я. Она очень распространена в хим. промыш.

Примен.: 1) для нагрева (пар конденсируется и выделяется тепло)

2) как средство создания и поддержания вакуума.

3) как метод ожижения 100% продуктов произ-ва (самогоноварения) - колонна

4) для выделения пара из его смеси с газом.

При конденсации Р ↓ до Р насыщ. пара соответств. данной Т. Пар содержит неконденсированные примеси, поэтому для поддержания вакуума нужно удалять вакуумом-насосом неконденсированные примеси.

Виды конденсации.

1.поверхностная конденсация, когда охлаж-я осуществляется ч/з стенку.

2.смешением- непосредственный контакт пара с холодной водой

Поверхностная конденсация – производ-я в ТО конденсатора, путем охлажд. ч/з стенку. (кожухотрубчатые ТО).

Конденсаторы смешения делят на:

-сухие- ж-ть и неконденсированные примеси удаляются отдельно

-мокрые- ж-ть и неконденсированные примеси удаляются совместно

Спиральные

1,2- металлические листы, свернутые в спираль

3- перегородка - внутренний лист прикреплен к перегородке, наружные сварены друг с другом

4,5- крышки

Внутри апп-та образ. два изолированных канала (шириной 2-8 мм), по кот. в различных направлениях движется теплоноситель.

Теплообмен с перекрестным током примен. для нагрева или охлаж. газом при конденсац. паров.

 «+» -компактный

-↑ коэффициент теплоотдачи, ↓∆Р

-↑ скорость теплоносителя

«-»-сложность изготовления

-невозможно работать при избыточном Р <10*10⁵Н/м²

-↑ толщина листов

Конденсаторы

1.поверхностная конденсация, когда охлаж. Осущест-ся ч/з стенку.

2.смешением- непосредственный контакт пара с холодной водой

Поверхностная конденсация – произв-ся в ТО конденсатора, путем охлаж. ч/з стенку. (кожухотрубчатые ТО).

Конденсаторы смешения делят на:

-сухие- ж-сть и неконденсированные примеси удаляются отдельно

-мокрые- ж-ть и неконденсированные примеси удаляются совместно

Сухой противоточный барометрический конденсатор смешения

1- конденсатор с ситчатой тарелкой

2- барометрическая труба

3- барометрический ящик

Длинная труба необходима, чтобы компенсировать вакуум, образующ. при переходе пара в ж-ть. При Р=1атм. длина трубы=10м

Прямоток.

Противоток.

Схема с рециркуляцией ж-ти.

Сущест. понятие кратность циркуляции (n) – это отношени